haolei 2010-4-20 20:24
蟲洞理論
[font=新細明體]蟲洞的英文為Wormhole，一般人又稱之為蛀孔，或者是蠹孔，不過這一個說法比較少人講，普遍來講，還是前兩個比較常聽見！[/font]
[font=新細明體]但是為什麼要叫做蟲洞？我們可以想像：時空就像是位於蘋果的表面，用蘋果的皮展開成一個二維的平面，但是他代表的是我們的時空（ 為四維的），而蘋果內部的果肉稱為奇異點，為了聯繫蘋果表面上的兩個點，最近的距離一般來說應該是從我麼所在的Ａ點到我們想到的Ｂ點畫一條直線，但是有沒有更近的距離呢？有人提出了這樣一個論點，如果有一個洞，穿過他之後就可以由Ａ點到達Ｂ點，就像是有一隻蟲從蘋果的一點開始咬，經過蘋果內部而到達另一點，這個洞穴可以說是連接時空相異兩點的捷徑。如果我們能接兩個洞口，避開內部的奇異點而連接起來，就會形成蟲洞。
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[font=新細明體]我們可由一端的洞口進入，這就是『黑洞』；透過這個蟲洞到達另一端的的洞口出來，就是所謂的『白洞』。因此蟲洞可說是時空來往的橋樑。目前黑洞為確實存在的天體，而蟲洞與白洞短期內無法肯定它的真實性，所以目前還無法利用。[/font]
[color=blue][font=新細明體]蟲洞扭曲空間縮短距離[/font][/color]
[font=新細明體]蟲洞(Wormhole)這個課題，在五十年代已有科學家作廣泛研究，而近來就這方面的研究更愈來愈多。蟲洞和黑洞一樣，都是把四周的空間扭曲，形成漏斗狀。與黑洞不相同不過，與黑洞不同的是，一旦進入黑洞便永遠被困在裏面，而蟲洞則是雙通的，你可以從宇宙的一端進入，然後從宇宙的另一端鑽出來，而中間可能相隔好幾十光年。[/font]
[font=新細明體]或許你可以試想在一張紙的兩端畫上兩點，然後把紙扭曲，使兩點可以連在一起。這樣，這兩點既是連在一起，但實際在紙上仍然是相隔一段距離。[/font]
[font=新細明體] 蟲洞理論最先由德國人LudwigFlamm提出,在計算大統一(把四種宇宙基本力合併)時,會出現小蟲洞,可是物理學不喜歡大蟲洞的出現,因為有可能我們回到過去改變歷史。在聖彼特堡PulkovoObservatory的天文學家SergeiKrasnikov提出蟲洞未必可能都是同一形狀,也並不是一定要靠奇異物質(exoticmatter),打開蟲洞口.奇異物質可以由無中誕生,雖然尚未找到,不過科學家相信在時空扭曲到某一情形下,它們就會產生.而Krasnikov發現(發現即計算出)一種可以自行製造奇異物質的蟲洞,以維持足夠大及穩定,容許時空旅行。他知道在目前還不可能做一個蟲洞,不過他相信在大爆炸發生之後,有機會有蟲洞殘留。[/font]
[color=blue][font=新細明體]有證據顯示蟲洞確實存在嗎？[/font][/color]
[font=新細明體]沒有，至今尚未發現這個在愛因斯坦相對論中所導出奇特的解之確實證據。但是，其他的解，如黑洞、宇宙膨脹、重力輻射等，則均已獲得確切的證明。但是許多科學家認為蟲洞的發現只是時間的問題而已，當然，有可能還要數千年也不一定！[/font]
[font=新細明體]黑洞是大質量恆星死亡後的必然產物，但在自然界中，卻並沒有一個機制會自然產生蟲洞。以純理論來說，有兩種「可行」的製造蟲洞方法。[/font]
[color=red][font=新細明體]方法一[/font][/color]
[font=新細明體] 如果我們有一個現實中不可能存在的超級顯微鏡，能看到小至10^-35米的空間(這個大小比原子核要小上10^-10倍)，我們會發覺，原本看來平滑的時空，其實充滿了大量不規則和隨機產生的時空扭曲，科學家稱之為量子泡沬。這些時空扭曲偶然會形成一些小型蟲洞，只要我們有無限先進的文明，或許有方法可以找到這些蟲洞，捕捉它，然後以奇異物質(註)把它擴大至可用的大小。[/font]
[font=新細明體] 註：奇異物質是具有反重力特性的物質，理論上可能存在，在現實中是否存在則仍是一個謎。[/font]
[color=red][font=新細明體]方法二[/font][/color]
[font=新細明體]假若人類有無限先進的文明，我們亦可嘗試把空間扭曲，先在空間壓出一個凹洞，然後輕輕將空間屈摺，最後將凹洞底部和其下的空間同時刺穿，再把兩端空間縫合起來，產生一個蟲洞。
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[color=blue][font=新細明體]瞬間縱橫太空：[/font][/color]
[font=新細明體]科學家和美國太空總署正在研究，如何利用太空的異常現象-蟲洞(Wormholes)，來作太空旅行的捷徑，讓太空人能於瞬間縱橫宇宙。[/font]
[font=新細明體]早於64年前，著名的天才科學家愛恩斯坦已經提出了有關蟲洞的理論。蟲洞能扭曲空間，是宇宙的隧道，可以令原本相隔億萬里的地方變成近在咫尺。不過，物理學家一直認為，蟲洞的引力過大，會毀滅所有進入它的東西，因此不可能用在宇宙旅行之上。[/font]
[color=blue][font=新細明體]負質量穩定蟲洞：[/font][/color]
[font=新細明體]新的研究卻發現，蟲洞的超強力場，可以透過「負質量」(negativemass)來中和。相對於擁有「正質量」﹑可以產生能量的「(正)物質」，「負物質」擁有「負質量」，可以吸去周圍所有能量。[/font]
[font=新細明體]「負質量」曾被認為只存在於理論之中。不過，最近這個觀念已被打破，因為美國政府位於新墨西哥州洛斯阿拉莫斯市的實驗室，已經成功證明了「負質量」能存在於現實世界。[/font]
[font=新細明體]根據美國密蘇里州聖路易斯市華盛頓大學物理系副教授維瑟所率領的另一隊研究人員的計算，「負質量」可以用來控制蟲洞。他們指出，「負質量」能擴大原本細小的蟲洞，使它們足以讓太空船穿過。[/font]
[font=新細明體]他們的研究結果引起了美國太空總署的興趣。太空總署正考慮撥款資助有關研究，希望令蟲洞能實際用在太空旅行之上。[/font]
[color=blue][font=新細明體]研究需時數十年[/font][/color]
[font=新細明體]一名太空總署發言人表示，雖然研究可能需時數十年，但是潛在的回報實在太大，不能忽視。他說﹕「這些研究會帶來人類航天史的革命，令我們最終可以進行星際旅行。」[/font]
[font=新細明體]如果研究成功，人類可能需要重新估計自己在宇宙中的角色和位置。現在，我們「被困」在地球上，要航行至最近的另一個星座，動輒需要數千年時間，是活人不可能辦到的事。但是，未來的太空旅人卻有可能透過蟲洞，在一瞬間去到如此遙遠的地方。[/font]
[font=新細明體]不過，很多科學家仍然對蟲洞旅行持保留態度。他們指出，洛斯阿拉莫斯實驗室所製造的「負質量」，其實極其微量，要動用最精密的儀器才僅僅探測得到。他們認為，要製造足以中和蟲洞的「負質量」，根本不可能。[/font]
[font=新細明體]「就算蟲洞旅行在理論上可行，也沒有人擁有足夠的資源去實現它。」英國星際學會的泰勒說﹕「能坐穿梭機到火星，我們便該滿足了。」[/font]
[color=blue][font=新細明體]時光旅行：[/font][/color]
[font=新細明體]說到蟲洞不得不提到時光旅行,舉凡小說電影漫畫等多少都有提到以蟲洞昨為時光隧道來進行時光旅行,第一本時間旅行的小說，大概是馬克吐溫（1835~1910）所寫的，故事是一個人在被擊昏後，醒來時已在古代英格蘭，還遇上了亞瑟王、梅林等人。這故事十分有名，造成類似的「回到過去」式故事風潮不斷。[/font]
[color=fuchsia][font=新細明體]理論：[/font][/color]
[color=purple][font=新細明體]Relativity（相對論）：[/font][/color][font=新細明體]愛因斯坦發表的相對論中，假設「光速絕對不變」，即使你的速率逼近光速，你所觀測到的光依然以光速進行，你絕對追不上它，因為你的長度變短了，你本身的時間也變慢了。因此，進行光速宇宙旅行會是永不回頭的時間旅行，就像電影「浩劫餘生」（PlanetoftheApes）一般，太空人光速旅行了一段日子，地球卻已過了數千年。[/font]
[color=purple][font=新細明體]TheBigCrunch（大崩墜）[/font][/color][font=新細明體]：宇宙自大霹靂創生之後，不斷膨脹，如果宇宙是封閉的（密度大於臨界密度），根據廣義相對論，膨脹將停止，並開始收縮，時空逆轉，於是一切發生過的事都會像倒帶一般重來一遍？答案是不可能，因為「時間之箭」雖然回頭，但一切條件經已不同。[/font]
[color=purple][font=新細明體]BlackHole（黑洞）：[/font][/color][font=新細明體]根據相對論，宇宙中應有一種天體，連最高速的光線也無法自它的重力場逃脫。黑洞的超高重力導致了空間扭曲，它的出口可能是「白洞」，之間以「蟲洞」（wormhole）連繫，而出口之外可能是宇宙的另一處，也可能是另一個「子宇宙」。小說「接觸未來」（Contact，1985，電影1997）便是利用蟲洞進行宇宙旅行。如果黑洞中時間也扭曲了呢？於是，以黑洞進行時間旅行也不無可能。[/font]
[color=purple][font=新細明體]Quantum Theory（量子理論）︰[/font][/color][font=新細明體]理論中，粒子有可能在有限機率下發生「穿隧效應」（Tunnel effect）或稱「量子跳躍」（Quantum leap），因而穿透不可滲透的障礙物。利用這個理論，美國電視影集Quantum Leap（1989~1993，台譯「時空怪客」）讓主角身體的粒子「穿隧」的機率增加，終於發生了時間旅行。[/font]
[color=purple][font=新細明體]Relative Time（相對時間）or The Universal Time Factor（宇宙時間係數）[/font][/color][font=新細明體]︰時間單位是咱們人類劃定分割的，對宇宙而言並沒意義。當你命令時間機器「回去五月八日上午十一時正」，它會搞不懂，除非你要它倒數「回去一萬五千八百六十七秒」以前如此你需要一部能夠分隔「時間」（這裏指一個空間向度）的超級電腦，否則就只好眼睜睜看它運算過熱而燒毀。如果要去未來呢？「前往六千秒後！」很好，當電腦帶你去到那個未來，你會發覺你的手錶也正好走了六千秒。[/font]
[color=purple][font=新細明體]The Absolute Density of the Universe（宇宙絕對密度）or The Bucket Factor（水桶係數）[/font][/color][font=新細明體]︰整個宇宙有一個密度，和諧而平穩。當你去到另一個時間，兩個時間的宇宙都同時發生密度變化，現代宇宙少了一點，另一個宇宙多了一點，於是乎，發生失衡。 [/font]
[color=blue][font=新細明體]在找負質量：[/font][/color]
[font=新細明體]「負質量」(negative mass)，簡言之，即是斥力——物質互相排斥推出之力。據一名天文學發燒友表示，「負質量」這抽象概念，最早由愛因斯坦提出，至五﹑六年前，對相對論甚有研究專家索因教授重彈舊調。事緣研究行星的學者薩根有意撰寫追尋外太空生命智慧的小說《Contact》，為求嚴謹便求教索因。索因坦言薩根提出的黑洞時光之旅不湊效，由星體爆炸後碎片凝聚而成的黑洞，鑑於物質相吸的「正」特性，極不穩定，容易崩塌，除非找到具負質量的奇異物質[/font][font=新細明體](exotic material)，才能製造一個可維較久的「蟲洞」，足以讓太空船進出，時空[/font]
[font=新細明體]隧道之旅有機會成真。[/font]
[font=新細明體]理論上來說由於蟲洞的兩端是有時差的而以相對論來看有可能可以回到過去,而現實的技術層面來說撇開蟲洞的發現根據愛恩斯坦理論所發現的蟲洞是轉瞬即逝，洞口張合得很快，快得想用它回到過去的人不單只不能穿越進去，還會夾在洞口。而問題也不只一個，蟲洞比原子還要小億萬倍，小得不能用，若人類想用它來穿梭時空，就要想辦法拉開和固定洞口。但我們如何拉開洞口讓人能夠安全進出呢？這就需要一些特殊物質，一些帶負能源的東西。但若想要將洞口拉至一米寬讓人進出的話，就需要約負一內量子的特殊物質（即負一木星的質量）。而一般物質都帶有正能源的，那是否就沒有帶負能源的物質呢？時光機器便沒法成為事實呢？[/font]
[font=新細明體]不是的，在西雅圖的一所實驗室內，物理學家拉蒙諾（Prof. Steve Lamoreaux-Washington University）便製造了負能源，而另一物理學家維沙（ Prof. MattVisser-WashingtonU.）雖然是負能源理論專家，但卻從沒見過負能源。實驗中的負能源是從真空裡產生的的，位於兩塊平面間的小縫裡，當兩面靠近時，中間不會有長波段外的光子，於是部份能源會被隔開，如此一來平面間的能源會比外面的能源量低，兩平面間就產生引力，引力再把兩塊平面拉近，而這一步很重要，因為這一步將能源密度變為負極，正是它轉化成特別物質的關鍵。實驗中可量度出微小引力，這是科學上的大膽之舉，但可量度出負能源。維沙說：╔我們認為這實驗可證明世上有特殊物質-負能源真的存在。世上真的有負能源，將來一個思想非常先進的時空旅行家或許有足夠的負能源將洞口拉開和固定，然後安全地回到過去。 [/font]
[color=blue][font=新細明體]闊度未達標準：[/font][/color]
[font=新細明體]科學家相信，雖然宇宙是充斥數以百萬計的蟲洞，但很少會有直徑超過十萬公里的。然而，這個闊度正正是太空船安全航行的最低要求。華盛頓大學副教授維瑟認為，可以用負質量去擴大和穩定細小的蟲洞。他說﹕「你需要產生大量的負質量，然後把負質量傳送到蟲洞中，把蟲洞打開，並強化其結構。」[/font]
[color=blue][font=新細明體]蟲洞的新發現：[/font][/color]
[font=新細明體]根據最新的計算結果，蟲洞尺度之大與穩定程度，足以讓星系旅行的夢想成真。科學家長久以來便對這種可能存在的跨越時空物理結構感到十分好奇，根據愛因斯坦廣義相對論所發展出來的模型顯示，只有極微小的量子級蟲洞才有可能存在。但具有負能量的「異物質」則可使其擴大，然而，異物質生成困難，使蟲洞的尺度仍限於次原子程度。[/font]
[font=新細明體]現在，聖彼得堡Pulkovo天文台的俄羅斯理論物理學家SergeiKrasnikov計算出一種能夠見容於物理定律的大尺度蟲洞。這種新的蟲洞能夠自行提供大量的異物質，以維持本身的大小與穩定，甚至可為人類所利用。[/font]
[font=新細明體]其他科學家雖然承認這是一項有趣的理論，但仍抱持謹慎的態度。相對論專家IanMoss表示，蟲洞的利用價值值得思考，但他認為某些技術上的細節可能無法突破。Krasnikov也承認以目前的技術尚無法建立一個蟲洞來檢驗其理論的正確性。但即使如此，他認為如果能夠找到任何一個大霹靂所留下的蟲洞，都將引發人類對星際旅行更遠大的夢想。[/font]
[color=blue][font=新細明體]有趣的實驗：[/font][/color]
[font=新細明體]本世紀初，美國飛行員伊格成為超音速飛行的第一人，這証明了音障只是想像，並非真實存在，然而還有一道現時無法衝破的并障--光速。談到光速，一切都變得詭異！若物體在空間移動越接近光速，越會進入未來；但若超過了光速，便會回到過去的時間。雖然我們現時的物理定律主張這點無法實現，不過或許有科學管導存在能讓人回到過去，多年前的科學一致認同這是痴人說夢，但現在開始有理論模式顯示這是做得到的，就是蟲洞。[/font]
[font=新細明體]我們已知蟲洞存在於亞原子世界的泡沬中，但其開口比原子小數十億倍。縱使時空穿梭成真，其他定律也會阻止人改變歷史。決意要改變歷史的人，如果要傳達訊息到過去，訊息就必須比光速更快，但現今物理階段看似沒可能，不過層有過一陣國際風波，因為有人聲稱能傳達比光速更快的訊息。實驗中的訊號被電子鏡分成兩部份（路徑）來通過預設的設備，兩訊號通過後再量度兩者的比較。一組於空氣間流動通過，另一組要穿過一重并障。做上述工序的人便是尼密之(Prof. Gunter NimtzUni. of Cologne )尼密之分柝了一組微波訊號，在波動顯微鏡下清澈可見在空氣中以光速傳送的一組訊號，以及另一組應該穿不過障礙的一組，結果出乎意料之外。透過波動顯微鏡可以看到訊號，看到那一組比較快，螢幕上兩組曲線的位置不同，其中一組較早出現，就是越過了障礙的那一組。雖然只是大部份而不是全部穿過并障，但始終是穿過了，而且它比光速快得多。尼密之相信較快的那一組訊號是以量子隧道這種特殊方式穿越障礙，此法在量子環境下可行，因為量子比原子小得多，是一個沒有規律的世界，光子等粒子可以跳到這裡、那裡、那裡、沒有特定規律，而光子在末端出現時，尼等人就量度它們的速度。[/font]
[font=新細明體]而另一科學家趙雷蒙(Prof. Raymond Chiao -Uni. of California)是這方面的權威，但他反對尼的看法，而同意他的部份言語。在尼的實驗中，光子能以光速的一點七倍穿越障礙，趙同意量子隧道，能讓不規則光子衝破光速，但趙與及物理學界等人卻不認同能以此不大規則的路徑來傳達訊息，趙說：╔訊息是控制得到的，但量子隧道作用的光子是不規則的，所以不能用來傳達訊息。>而尼的回應是：╔沒錯！部份同行說這不能通訊，於是我們試用莫札特編號40的樂曲來以光速的四點七倍作傳送，傳送距離為十四厘米，而傳送收錄後的樂曲，在播放時，有接近九成的音調都是正確的。╝在這點上，趙和尼的意見不一，因為我們還不知道，量子世界裡何謂訊號？[/font]
[color=blue][font=新細明體]如果真的可以利用蟲洞做時空旅行：[/font][/color]
[font=新細明體]因為目前蟲洞還只是理論而已，所以可提供的資料並不多，所以在此提供一些如果利用蟲洞做時光旅行可行的話，會有一些時光的矛盾理論。[/font]
[font=新細明體]如果人能重返過去改寫 歷史，基本物理定律便會被打破，若我回到我還沒有出生的年份去，殺死了未來的父親，那我會怎樣呢？會否立刻消失呢？要是這樣便回不到過去，依似類推。但桌球便有助於我們明白時空穿梭的反論，剔除了人的意願的複習問題，沒有時光機器的話，用桌球物理論解釋也很也簡單明確，有時光機器的話情況就不同了，現在只能用這個桌球解釋。蟲洞口A和B為例，A是入口B則是出口若一個桌球想由A洞進入，但在還沒有進入時它已先從B洞口走出來，且撞倒了正在想進入A洞的自己，被撞的球便沒法進入，這就是反論，用桌球解釋了袓父論。當然，這個問題已不鮮，在文學、電影和科幻小說中也常有提及，而我們在說的不是空想，乃是嚴肅的科學。為了想辦法解釋反論，諾維哥夫提出了一個理論，說萬物並沒有矛盾，只看能否找到沒矛盾的解釋，解釋為何桌球會撞中自己。[/font]
[font=新細明體]如果桌球也能重返過去，它就會把以前的自己撞進時光機器，球也藉著時光機器回到過去，擊中自己，周而復始，這樣就能自圓其說了。諾維哥夫反覆研究這條方程式後，認為只有這種解釋可以成立。這就是基本定律，萬物不能互相矛盾，是簡單和最好不過的道理，而且有數據證明，這定律源自基本物理。根據這定律，穿梭時空的人不能夠改變歷史，發生了就是發生了，不能改變，不能重來。但人不是機器，我們有個人意願，要是堅持己見就能打破常規，做出不一樣的事。但諾維哥夫對這點的回應是：╔假設我想走上一堵90度的牆上去，且不靠工具，但我不能夠，因為違反了物理引力定律。引力令人無法走上這堵牆步行，也可說是引力限制了我的意願。╝[/font]
[font=新細明體]上面最後的那一句＂引力限制了我的意願＂我覺得很有趣，這讓我想倒了，也許自然屆中的力量也許是我們人類用遠打不破的，至少目前來不是我們的能力所急，就像是蟲洞理論一樣，一切都只是理論假設，誰也不敢說他看到或找到蟲洞的存在了，即使是上面的說法，也只是眾說紛紜中大家比較接受的部分，也許哪一天，會整個被推翻，取而代之的是一種方向不同的新理論，這次報告的目的不在於語科學家一樣來探討蟲洞的存在與否，此次目的祇是在於讓大家有個機會認識一下蟲洞理論而已！[/font]